袁绪永 李侠丽 燕少威
安徽省淮南市寿县气象局 安徽寿县 232200
摘要：对发生在淮南地区近10年的ADTD闪电定位资料进行筛选汇总、对频率分布及空间分布等进行分析，对质量进行控制。利用百分位数法将雷电流强度进行等级划分，绘制淮南地区雷电易发区图。根据各县区的经济发展状况和人口密度，土地面积，引用雷暴日数M，经济(GDP)易损模数D，生命易损模数L，绘制淮南地区雷电易损区图。有雷电易发和易损因子，采用加权法，将淮南地区雷电风险区划分为高风险区、中等风险区、一般风险区，形成淮南地区的雷电风险区划空间分布图。
关键词：淮南市；雷电；易发；易损；风险；区划
1、前言
目前,雷电造成的经济损失和人员伤亡以及引起的危害是比较严重的气象灾害。雷电灾害被联合国有关组织列为“最严重的10种自然灾害之一”，并被IEC（国际电工委员会）确定为“电子化时代的一大公害”。
淮南市地处安徽省中北部，地形复杂，拥有多样地形地貌，农村地区空旷、大型水体多、工矿化工企业多。为南北气候过渡带北亚热带湿润季风气候，夏季受偏南暖湿气流影响，是雷电较为活跃的地区。境内大型化工，煤矿企业多，各县区GDP，人口，面积差异大。针对淮南地区的雷电活动规律、时空分布、风险区划方面的研究非常少，因此对淮南地区的雷电风险区划研究显得非常必要。
《国务院关于优化建设工程防雷许可的决定（国发〔2016〕39号）明确要求，“气象部门要加强对雷电灾害防御工作的组织管理，做好雷电监测、预报预警、雷电灾害调查鉴定和防雷科普宣传，划分雷电易发区域及其防范等级并及时向社会公布”。淮南市雷电风险区划能为加快推进淮南市气象灾害防御体系建设提供科学的参考依据，减少和降低雷电灾害造成的人员伤亡及财产损失，切实履行雷电灾害防御安全监管职能、进一步提升淮南市防雷安全监管的科技支撑能力。
2、雷电易发区划分
2.1闪电定位资料收集
闪电定位资料来自安徽省2010－2020年ADTD二维闪电定位监测系统的观测数据。
2.2资料处理
2.2.1安徽省ADTD闪电定位数据尚未进行相关质量控制，都是原始数据，本文主要通过剔除异常数据和小幅值雷电流数据对淮南市云地闪定位资料进行预处理。
2.2.2异常数据处理控制
经统计，淮南市雷暴活动和闪电频发于每年的4－10月，1月、2月、3月、11月和12月全市仅有单次的地闪回击过程记录，对比该日雷暴日资料和地面探测观测簿天气现象记录以及雷达观测资料，当雷暴日观测并未有相关雷暴记录，且该地区雷达回波强度小于40 dBz时，则认为此次回击是由于周围电磁环境噪声或仪器自身造成的数据，予以剔除。
2.2.3小幅值雷电流数据处理控制
一般来说，云闪强度要远小于云地闪，正地闪的放电电荷量远大于负地闪，其雷电流强度大于负地闪。朱浩等对剔除正地闪雷电流幅值为0—10 kA和0—5kA区间后的2010—2015年安徽省正地闪雷电流数据取对数后利用 MATLAB软件进行正态分布拟合和检验，发现剔除0—5kA区间后的正地闪数据拟合效果更佳，栾健等《闪电定位资料的误差订正》、程辉等《基于正态分布拟合与检验的闪电定位资料控制》的研究成果表明：雷电流幅值观测数据符合对数正态模型，剔除0—10kA区间后的正负地闪数据拟合效果最符合。因此本文将雷电流幅值为0—10kA的小幅值雷电流数据视作无效和干扰数据，雷电流幅值位于此区间内的正负地闪不予考虑。
2.2.4处理方法
自然断点分级法（（Jenks 优化方法））采用数据聚类，原理是减少类的方差，最大限度地提高类之间的差异，计算采取重复迭代过程，通过重复计算不同的数据集，以确定最小的类方差，直到偏差的总和达到最小值为止。计算公式为：
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式中：SSD是方差，A是一个数组（数组长度为N）,meani-j是每个等级中的平均值。
2.3闪电数据分析、处理
2.3.1淮南市闪电分布和特征
经统计淮南地区闪电定位资料，本文使用的有效闪电定位数据样本计76510个，其中负闪72684个，约占总样本数95%。从闪电强度分布情况来看，正闪强度主要集中在20～60kA区间，负闪主要集中在10～60kA区间。
2.3.2雷电强度等级划分标准
“雷电流幅值”是闪电监测数据中的重要指标型参数之一，参照安徽省雷电易发区区划等级划分标准，根据雷电学原理，幅值值越大，能量就越大，直击雷造成的破坏作用也越大。故淮南市雷电强度等级划分标准采用百分位数法以雷电流幅值主要指标，将雷电强度划分为三级（表1）：
表1 雷电强度等级划分标准
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2.3.3制图软件
本研究利用流行商业件ArcGis 10.4进行数据处理和绘图，主要包括以下：
——矢量－栅格相互转换；
——台站数据空间插值，采用克里金法将闪电密度分布插值至像元大小为0.005×0.005；
——县域切割；
——其他图层操作。
2.4雷电易发区域划分
淮南市雷电易发区域分布情况：
2.4.1高易发区——寿县南部和东部小部分区域；
2.4.2中等易发区——寿县中部和南部的大部分地区，谢家集区南部小部分地区；
2.4.3一般易发区——大通区、田家庵区、八公山区、潘集区，毛集试验区、凤台县、谢家集北部和中部地区和寿县北部大部分地区、中东部区域。
3、雷电灾害易损性分析
3.1资料收集
雷暴日数来自安徽省气象局气象科技发展基金项目《基于闪电定位数据的雷暴日资料的序列化延长》中淮南市、寿县、凤台县气象台站近54年的年平均雷暴日数统计。淮南市各县区的生产总值（GDP），人口数来自2020年版《淮南年鉴》；各县区国土面积来自淮南市人民政府官网。
3.2淮南市雷电灾害易损性评估指标及计算方法
灾害的发生是由致灾环境的危险性和承灾体的脆弱性共同决定的。由于居住环境、人文环境及经济状况等的不平衡性，面临相同烈度雷电灾害，不同的承载体的承受能力具有很大的差异。淮南市雷电灾害易损性反映了淮南市各县区面对雷电灾害时的敏感度，既与各县区自然雷暴的气候背景有关，也与遭受雷电灾害县区的经济、人口密度等有关。因此淮南市雷电灾害易损性用雷暴日数M、经济损失模数D和生命易损模数L三种指数进行评估。
3.2.1雷暴日数 (单位：d)
是指各县区每年发生雷暴的天数，它是反映雷暴活动的重要指标之一。雷暴日数多的县区，致灾因子活跃，发生灾害的可能性较大。因此选取雷暴日作为淮南市雷电灾害的孕灾环境背景资料。
3.2.2经济易损模数D (D=Ds／S，单位：亿元(人民币)·Km-2 )
表示区域内发生雷电灾害时，单位面积上的经济损失。其中D 为各县区的GDP生产总值，S为各县区的行政面积。该指标既可以反映区域单位面积上的经济损失，还可以间接反映各县区抵抗雷电灾害的能力及灾后恢复能力。
3.2.3生命易损模数 (L=Ls／S，单位：人·Km-2)
表示区域内发生雷电灾害时单位面积上受危害的人口数量。其中Ls为各县区人口的总和，S为各县区的行政面积。该指标反映了区域内生命对灾害的敏感性。
3.2.4 等级划分方法和易损度确定
表3中各县区的雷电灾害易损性指标，主要体现该区域发生雷电灾害时在某一方面可能造成损失量的大小，尚不能给出雷灾易损性大小的直观概念。为给出雷灾易损性大小的直观表述，将表3中的雷电灾害易损性指标用极高、高、 中、低4个级别来描述，按照灾害学通常方法，并结合淮南市的实际情况，赋予各等级如下的定值：极高为1.0，高为0.8，中为0.5，低为0.2。分级方法采用气象学统计分析中的分级统计方法，其核心思想是：首先将8个县区的某个指标值按从小到大顺序排列，并按每组2个记录的方法分为4组数据。第n组中的最大值和第n+1组中的最小值的平均值作为第n级的最大值和第n+l级的最小值。根据上述方法将2项雷灾易损性指标确定等级划分标准如下(见表2)。
雷暴日数评估指标采用《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中的地区雷暴日等级划分的标准(见表2)。
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为了便于各县区间进行比较，将上述雷电灾害易损指标按照表2的等级进行分析，进一步计算出淮南市各县区的雷电灾害综合易损度（表3）
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3.2.5 易损区确定
根据表5中的雷电灾害综合易损度的评估结果，同样采用气象学统计分析中的分级统计方法 ，采用4级分区法将淮南市8个县区划分为雷电灾害低易损区、 中易损区、高易损区和极高易损区4个不同的易损度区域（见图1）。
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图1 淮南市雷电易损区划图
4、雷电风险区确定
综合以上雷电易发区划分和雷电灾害易损区划分结果，采用指标权重法，雷电易发占70%，雷电易损占30%，确定各县区的风险等级区划（见图2）。指标权重的确定方法主要有“经验法”、“专家法”及“层次分析模型”。
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图2 淮南市雷电风险区划图
5、结论与讨论
5.1 某一地区雷电风险区划与该地区所处的地理位置、气候环境、人口密度、经济发展有关。通过对淮南地区的闪电定位数据、雷暴日，人口、经济状况的分析，得到淮南市雷电灾害风险区划情况：高风险区位于寿县南部和东部小部分区域、田家庵区；中等风险区位于寿县中部和南部的大部分地区、八公山区、潘集区、谢家集区；一般风险区位于寿县北部大部分地区，中东部区域、凤台县、毛集试验区、大通区。
5.2 由于目前淮南市的各个区均无气象局，其雷暴日数用的替代法，其科学性有待进一步研究。由于淮南市雷电灾害频度很难统计，本文在分析雷电灾害易损区划分时，没采用这一因子，在后续的研究中须补上。雷电风险区划中每项指标选择和权重的确定是一个极其重要的问题，如何更加精细化的去细分本文所选指标的权重是下一个有待进一步研究的问题。
参考文献
[1]马明等，1997－2006年我国雷电灾情特征［J］，应用气象学报，2008，19 (4)
[2]朱浩等，安徽省云地闪密度与雷暴日数关系的研究，气象与环境学报，2018 年2月第34卷第1期。
[3]程辉等，基于正态分布拟合与检验的闪电定位资料控制［J］，气象科学， 2015，35( 2)。
[4]栾健等，《闪电定位资料的误差订正》第九届长三角气象科技论坛论文集。
[5]程向阳等：安徽省雷电易发区域划分，气象科技，2018年8月地6卷第4期。
作者简介：袁绪永（1979—）男，汉族，本科，工程师，从事雷电灾害防御工作。